JPH0820269B2 - Astronomical search and acquisition method for 3-axis stable spacecraft - Google Patents

Astronomical search and acquisition method for 3-axis stable spacecraft

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JPH0820269B2
JPH0820269B2 JP4319043A JP31904392A JPH0820269B2 JP H0820269 B2 JPH0820269 B2 JP H0820269B2 JP 4319043 A JP4319043 A JP 4319043A JP 31904392 A JP31904392 A JP 31904392A JP H0820269 B2 JPH0820269 B2 JP H0820269B2
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sensor
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ジョン・エフ・ヨーカム
マイク・ダブリュ・トルマソフ
トーマス・デー・フェーバー
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、3軸安定宇宙船の天体
探索および捕捉方法に関し、特に狭い視野の太陽センサ
を利用する宇宙船の太陽捕捉方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for searching and capturing an celestial body of a three-axis stable spacecraft, and more particularly to a method for capturing the sun of a spacecraft utilizing a narrow field of view sun sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の太陽捕捉方法では、宇宙船制御シ
ステムは通常±30°乃至±60°の四角形の視野を有
するそれぞれ有する3個のセンサを使用しており、それ
は宇宙船の回転を止めたとき、実際に回転がすぐに止ま
らないために太陽がセンサの視野から外れないように十
分に広くなければならないためにそのような広い視野が
必要とされている。
In conventional sun acquisition methods, spacecraft control systems typically use three sensors each having a square field of view of ± 30 ° to ± 60 °, which stops the rotation of the spacecraft. Such a wide field of view is needed because when the sun actually rotates, it must be wide enough so that the sun does not deviate from the field of view of the sensor in order not to stop immediately.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような広い視野を
有するセンサについての大きな問題は、そのような広い
視野はアンテナあるいは太陽電池アレイのパネルのよう
な宇宙船付属機器から反射される太陽光が入射して誤動
作を生じることである。本発明の目的は、そのような反
射光の影響を受けない狭い視野のセンサを使用して、し
かも確実に太陽等の天体を捕捉することのできる太陽等
の天体の捕捉方法を開発することである。
A major problem with sensors having such a wide field of view is that such a wide field of view is not reflected by sunlight reflected from spacecraft accessories such as antennas or solar array panels. That is, the incident light causes a malfunction. An object of the present invention is to develop a method of capturing an celestial body such as the sun that can reliably capture an celestial body such as the sun by using a sensor with a narrow field of view that is not affected by such reflected light. is there.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれ異な
った視野を有する第1のセンサおよび第2のセンサを有
する3軸安定宇宙船における天体探索および捕捉方法に
おいて、第1のセンサおよび第2のセンサは天体を検出
するためにそれぞれ前記3軸の中の互いに垂直な第1お
よび第2の軸によって定められた平面および第1および
第3の軸によって定められた平面の所定の角度範囲内に
指向方向が制限された幅の狭い視野を有し、天体が第1
の軸と第2の軸とにより定められた平面の前記所定の角
度範囲内の前記第1のセンサの視野内に位置するまで第
1および第3の軸に垂直な第2の軸を中心として第1の
センサの視野を回転させ、天体が第1のセンサの視野内
に位置したときの第2の軸の角度位置を最初の設定角度
位置として宇宙船の第2の軸の角度位置を初期化し、そ
の後この初期化された第2の軸の角度位置を第2の軸の
回転速度測定からの計算によって時間経過にしたがって
修正し、天体が第1の軸と第2の軸とにより定められた
平面の前記所定の角度部分内の第1のセンサの視野内に
あるときのセンサ位置検出器に関する第1のセンサの位
置を検知し、天体が第3の軸と第1の軸とによって定め
られた平面の前記所定の角度範囲内の前記第2のセンサ
の視野内に位置するまで第1の軸に垂直な第3の軸を中
心として第2のセンサの視野を回転させ、天体が第2の
センサの視野内に位置したときの第3の軸の角度位置を
最初の設定角度位置として宇宙船の第3の軸の角度位置
を初期化し、その後この初期化された第3の軸の角度位
置を第3の軸の回転速度測定からの計算によって時間経
過にしたがって修正し、天体が第1の軸と第3の軸とに
より定められた平面の前記所定の角度部分内である第2
のセンサの視野内にあるときのセンサ位置検出器に関す
る第2のセンサの位置を検知することを特徴とする。
The present invention provides a celestial object search and acquisition method in a three-axis stable spacecraft having a first sensor and a second sensor each having a different field of view. To detect a celestial object within a predetermined angular range of a plane defined by first and second axes perpendicular to each other and a plane defined by the first and third axes in the three axes, respectively. Has a narrow field of view with a limited pointing direction,
About a second axis perpendicular to the first and third axes until it is within the field of view of the first sensor within the predetermined angular range of the plane defined by the axis of The field of view of the first sensor is rotated, and the angular position of the second axis when the celestial body is located within the field of view of the first sensor is initially set as the angular position of the second axis of the spacecraft. And then the angular position of this initialized second axis is corrected over time by calculation from the rotational speed measurement of the second axis so that the celestial body is defined by the first axis and the second axis. The position of the first sensor with respect to the sensor position detector when in the field of view of the first sensor within the predetermined angle portion of the plane, and the celestial body is defined by the third axis and the first axis. Located within the field of view of the second sensor within the predetermined angular range of the defined plane. The field of view of the second sensor is rotated about the third axis perpendicular to the first axis until the celestial body is located within the field of view of the second sensor, and the angular position of the third axis is initially set. The angular position of the third axis of the spacecraft is initialized as the angular position, and then the initialized angular position of the third axis is corrected over time by calculation from the rotational speed measurement of the third axis, A second object in which the celestial body is within the predetermined angular portion of the plane defined by the first axis and the third axis;
Detecting the position of the second sensor with respect to the sensor position detector when the sensor is in the field of view of the sensor.

【0005】さらに、本発明の目的、特徴および利点
は、次の説明の考察および添付図面と共に特許請求の範
囲から明白にされるであろう。
Further objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the appended claims, in conjunction with the discussion of the following description and the accompanying drawings.

【0006】[0006]

【実施例】本発明の捕捉方法は地球軌道衛星の太陽捕捉
について示され、説明されているが、これは例示として
記載したものであり、本発明の方法は軌道上あるいは恒
星間の空間を通って移動する宇宙船によって任意の明る
さまたは暗さの天体を捕捉する場合にも適用することが
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The acquisition method of the present invention has been shown and described for sun acquisition on an earth orbit satellite, which is provided by way of example, and the method of the present invention may be used in orbit or through interstellar space. It can also be applied to the case where an celestial body of arbitrary brightness or darkness is captured by a moving spacecraft.

【0007】実施例においては、図1の(a),(b)
および(c)に示される太陽センサ10のような太陽セン
サを3個使用する。センサ10は、太陽の光が太陽電池に
入射するときに小電流を出力する2個の太陽電池11を含
む。ハウジング12は太陽電池を囲み、センサの視野を定
める1対の狭いスリット14を含む。狭いスリットは、セ
ンサの視野を定める。狭いスリットはスリットを横断す
る方向において狭い視野を生ずる。1方向で狭い視野を
形成することによって、センサに周囲の機器等からの反
射光が入射する機会は劇的に減少され、宇宙船のセンサ
の位置について宇宙船設計者に広い許容範囲を与える。
In the embodiment, (a) and (b) of FIG.
And three sun sensors, such as the sun sensor 10 shown in (c). The sensor 10 includes two solar cells 11 that output a small current when the sunlight is incident on the solar cells. The housing 12 encloses the solar cell and includes a pair of narrow slits 14 that define the field of view of the sensor. The narrow slit defines the field of view of the sensor. The narrow slit produces a narrow field of view in the direction transverse to the slit. By forming a narrow field of view in one direction, the chances of reflected light from surrounding equipment or the like entering the sensor is dramatically reduced, giving the spacecraft designer wide latitude in the location of the spacecraft sensor.

【0008】従来の技術では、宇宙船推力エンジンが宇
宙船の回転を一時的に止めても太陽がセンサ視野から出
て捕捉できなくなることがないようにするために十分に
広い視野のセンサを使用している。例えば典型的には±
60°×±30°の方形のセンサ視野が使用されてい
る。本発明の方法では、非常に狭いセンサ視野が利用さ
れ、しかも、太陽の入射線がセンサの回転でセンサ視野
を横切って行過ぎる(オーバーシュートする)ことがあ
っても確実に太陽を捕捉することができる。センサの視
野が狭いほど、宇宙船の付属機器等による反射光を避け
る効果は大きくなる。最小角度が宇宙船における視野の
適切な整列を保証するために維持されなければならな
い。好ましい実施例において、図1の(a)で角Aとし
て示される狭い方向における視野の角度の幅は、±1.
5°程度に小さい。しかしながら、本発明の方法はもっ
と広い視野の場合にも使用されることができる。
The prior art uses a sensor with a sufficiently wide field of view so that the spacecraft thrust engine will not stop the sun from being in the sensor's field of view even if the spacecraft rotation is temporarily stopped. are doing. For example ±
A square sensor field of view of 60 ° × ± 30 ° is used. The method of the present invention utilizes a very narrow sensor field of view and yet reliably captures the sun even if the incident line of the sun overshoots the sensor field of view due to sensor rotation. You can The narrower the field of view of the sensor, the greater the effect of avoiding reflected light from the spacecraft accessories and the like. The minimum angle must be maintained to ensure proper alignment of the field of view on the spacecraft. In the preferred embodiment, the angular width of the field of view in the narrow direction, shown as angle A in FIG.
It is as small as 5 °. However, the method of the invention can also be used for wider fields of view.

【0009】矢印13によって図1の(a)に宇宙船の回
転の方向として示される狭い方向において、センサは、
太陽がセンサ視野内にある限り宇宙船の回転角度にほぼ
比例したアナログ信号を供給する。センサ10に関して、
この比例信号は2つの出力の合計によって割算された2
つの太陽電池の出力の差として得られる。太陽の存在を
示す信号は、2つの出力の合計によって得られる。セン
サは、太陽光が両方の太陽電池に等しく受光される位置
に対応する平坦なゼロの位置を有し、そこにおいては比
例出力信号はゼロである。
In the narrow direction indicated by arrow 13 in FIG. 1 (a) as the direction of rotation of the spacecraft, the sensor is
As long as the sun is within the sensor's field of view, it provides an analog signal that is approximately proportional to the rotation angle of the spacecraft. For sensor 10,
This proportional signal is 2 divided by the sum of the two outputs.
It is obtained as the difference between the outputs of the two solar cells. The signal indicating the presence of the sun is obtained by the sum of the two outputs. The sensor has a flat zero position corresponding to the position where sunlight is received equally by both solar cells, where the proportional output signal is zero.

【0010】図2を参照すると、宇宙船本体19を有する
宇宙船18は、図1に示されたセンサ10と同様の3個のセ
ンサ 20,30および40を有している。センサのゼロの位置
は、それぞれファンビーム 21,31および41として示され
る検知平面を形成する。宇宙船はヨー軸を中心とする反
対のトルクを生成するために位置される推力エンジン60
Aおよび 60B、およびロール軸およびピッチ軸を中心に
した交差結合したトルクを生成するための宇宙船のコー
ナーに位置された推力エンジン 62A,62B,62Cおよび 62D
を設けられている。通常行われているように宇宙船制御
に冗長性を持たせるために付加的な推力エンジンが設け
られている。宇宙船制御装置64は、以下に記載される操
縦のための推力エンジンを指令するのに使用のためにセ
ンサ 20,30および40からの入力を受信する。制御装置は
また宇宙船の姿勢変化を測定する。
Referring to FIG. 2, spacecraft 18 having spacecraft body 19 has three sensors 20, 30 and 40 similar to sensor 10 shown in FIG. The zero position of the sensor forms the sensing plane, shown as fan beams 21, 31 and 41, respectively. The spacecraft is a thrust engine 60 positioned to produce opposite torque about the yaw axis.
A and 60B, and thrust engines 62A, 62B, 62C and 62D located in the corners of the spacecraft for producing cross-coupled torques around roll and pitch axes
Is provided. An additional thrust engine is provided to provide spacecraft control redundancy as is normally done. Spacecraft controller 64 receives inputs from sensors 20, 30 and 40 for use in commanding a thrust engine for maneuvers described below. The controller also measures changes in spacecraft attitude.

【0011】図示のようにこの実施例で示された捕捉方
法では、ロール軸16の太陽の入射線の捕捉を最高にする
ことを意図している。ロール軸x,16は本発明を説明す
るための単なる例示として選択されたものであり、太陽
に向いた宇宙船の所望の位置を指示する宇宙船の位置に
関する3つの直交軸を定めるような任意の軸が選択でき
ることを理解すべきである。宇宙船のセンサの実際の位
置は重要ではない。視野の方向のみが重要である。
As shown, the capture method shown in this embodiment is intended to maximize capture of the sun's line of incidence on roll axis 16. The roll axes x, 16 were chosen merely as an example to illustrate the present invention and are arbitrary such that they define three orthogonal axes with respect to the position of the spacecraft that indicate the desired position of the spacecraft towards the sun. It should be understood that the axes of can be selected. The actual position of the spacecraft sensor is not important. Only the direction of the field of view is important.

【0012】センサ20はボアサイトを有して宇宙船18に
位置されており、ロール軸上にセンサ視野22の広いほう
の角度範囲の中央が位置され、ロール軸とヨー軸で定め
られた平面に配置されるゼロ位置検知面21を有してい
る。他の2つのセンサ 30,40はロール軸とピッチ軸で定
められた平面にあるゼロ位置検知面31および41を有する
が、その視野の広いほうの角度幅の中心線はロール軸に
対して上下に対称的に視野の広いほうの角度幅“B”
(図1)の半分よりも僅かに小さい角度“C”の方向を
向いている。したがって、センサ30および40の各視野32
および42は確実にロール軸16を含んでいる。探索アルゴ
リズムが探索する軸に対して変えられることによってそ
の他の軸に対する整列形態も可能である。全部の3個の
センサ視野は太陽に最後に指向される軸を含み、センサ
30および40の視野の広い角度の方向はセンサ20の視野の
狭い角度の方向である。視野32および42が軸とピッチ軸
で定められた平面の±45°乃至±80°の範囲を含む
ことが好ましい。
The sensor 20 has a boresight and is located on the spacecraft 18. The center of the wider angular range of the sensor field of view 22 is located on the roll axis, and the plane defined by the roll axis and the yaw axis. It has a zero position detection surface 21 arranged at. The other two sensors 30 and 40 have zero position detecting surfaces 31 and 41 in a plane defined by the roll axis and the pitch axis, but the center line of the wider angular width of the field of view is above and below the roll axis. Symmetrically wide angle range "B"
It is oriented at an angle "C" which is slightly smaller than half (Fig. 1). Therefore, each field of view 32 of sensors 30 and 40
And 42 certainly include roll axis 16. Alignment configurations for other axes are also possible by varying the search algorithm for the axis being searched. All three sensor fields of view include the axis last pointed to the sun,
The wide angle directions of view of 30 and 40 are the narrow angle directions of view of sensor 20. The fields of view 32 and 42 preferably include a range of ± 45 ° to ± 80 ° of a plane defined by the axis and the pitch axis.

【0013】本発明の捕捉方法は、宇宙船の単位球体50
に関連して図3に示されている。捕捉方法として適応性
のある最初の状態は任意の姿勢、およびジャイロ範囲お
よび宇宙船構造が許容する大きさの宇宙船本体回転速度
を含んでいる。第1のステップはすべての軸を中心とす
る宇宙船本体の回転速度をゼロにすることであり、周期
は回転速度がゼロ近くに達することを許容される。回転
速度におけるしきい値試験は、次のステップに進むため
の条件として行われる。宇宙船本体の回転速度がゼロと
された後に、太陽52によって示される最初の太陽の位置
で宇宙船に入射する太陽の入射線53が位置54に入射する
と仮定する。
The capturing method of the present invention is a unit sphere 50 of a spacecraft.
3 in relation to FIG. The initial conditions that are adaptive as acquisition methods include arbitrary attitudes, and gyro range and spacecraft body rotation speeds of a size allowed by the spacecraft structure. The first step is to zero the rotation speed of the spacecraft body around all axes to zero, and the period is allowed to reach near zero rotation speed. The threshold test at rotation speed is performed as a condition for proceeding to the next step. Suppose that the sun's line of incidence 53, which is incident on the spacecraft at the first sun position indicated by the sun 52, is incident on position 54 after the spacecraft body rotational speed is zeroed.

【0014】次のステップはピッチ捕捉であり、ロール
およびヨージャイロ両軸の回転速度がゼロに制御され、
通常毎秒0.75°の走査速度が予め決められた方向で
ピッチ軸に対して命令される。回転方向をどちらの方向
に選択するかは重要なことではない。センサ30および40
は太陽の存在を検出するために監視する。太陽がセンサ
30あるいは40のどちらかの検知面 31,41において検出さ
れるとき、その宇宙船のピッチ軸角度の位置は太陽の入
射線に関する最初の位置として設定される。すなわちピ
ッチ軸角度はこの角度位置で初期化される。この宇宙船
のピッチ軸の角度位置は、その後ピッチジャイロレート
の測定を積分することによって時間と共に修正される。
制御装置64における位置および回転速度制御アルゴリズ
ムは、宇宙船を太陽センサのゼロ位置に戻すピッチにお
いて付勢され、太陽の入射線はセンサ30および40の視野
の中央にあり、センサの比例出力はゼロであり、太陽の
存在が示される。太陽電池からの比例出力信号は、宇宙
船が視野の角度幅にかかわらず幅の狭い視野の中央に保
持されることを可能にする。これはピッチ軸に関する太
陽捕捉を完全にし、太陽の入射線はロール軸とピッチ軸
で定められた平面と確実に整列される。
The next step is pitch acquisition, in which the rotational speeds of both the roll and yaw gyro axes are controlled to zero,
A scan rate of typically 0.75 ° per second is commanded to the pitch axis in a predetermined direction. It does not matter which direction the rotation is selected. Sensors 30 and 40
Monitors to detect the presence of the sun. Sun sensor
The position of the spacecraft's pitch axis angle, when detected at either sensing surface 31,41 of either 30 or 40, is set as the initial position with respect to the sun's line of incidence. That is, the pitch axis angle is initialized at this angular position. The angular position of the spacecraft's pitch axis is then modified over time by integrating the pitch gyrorate measurements.
The position and rotation speed control algorithm in controller 64 is energized at a pitch that returns the spacecraft to the zero position of the sun sensor, the sun's line of incidence is in the center of the field of view of sensors 30 and 40, and the sensor's proportional output is zero. And the presence of the sun is indicated. The proportional output signal from the solar cell allows the spacecraft to be held in the center of the narrow field of view regardless of the angular width of the field of view. This completes the sun capture about the pitch axis and ensures that the sun's line of incidence is aligned with the plane defined by the roll and pitch axes.

【0015】宇宙船は積分ジャイロ基準値を使用して太
陽センサのゼロの位置に戻るように制御されるため、狭
い太陽センサの視野32あるいは42をピッチ角度が超えて
行き過ぎる(オーバーシュートする)ことに問題はな
い。宇宙船本体のピッチ軸の回転速度がゼロとされた
後、比例太陽センサピッチ測定はピッチ位置の更新を続
けるために使用され、それによってジャイロドリフトが
避けられる。上記ステップ中において、太陽の入射方向
は図3に示される開始位置54から位置56へ図示された経
路で移動する。宇宙船が太陽センサ 30,40の狭い視野の
方向に垂直に回転しているので、ピッチ回転は太陽がセ
ンサ視野に存在している間は止められない。位置56を超
えたセンサの超過(オーバーシュート)は位置57に至る
破線によって示されるように生じ、その後宇宙船制御装
置は、太陽の入射線が狭い方向におけるセンサ30の視野
の中央に整列されるセンサ30のゼロ位置に宇宙船を戻
す。
Since the spacecraft is controlled to return to the sun sensor zero position using an integral gyro reference value, the pitch angle may overshoot the narrow sun sensor field of view 32 or 42. There is no problem with. After the speed of rotation of the spacecraft body's pitch axis is zeroed, the proportional sun sensor pitch measurement is used to continue updating the pitch position, thereby avoiding gyro drift. During the above steps, the incident direction of the sun moves from the starting position 54 shown in FIG. 3 to the position 56 along the path shown. Since the spacecraft is rotating perpendicular to the narrow field of view of the sun sensors 30,40, pitch rotation cannot be stopped while the sun is in the sensor field of view. Overshoot of the sensor beyond position 56 occurs as shown by the dashed line to position 57, after which the spacecraft controller is aligned with the center of the field of view of sensor 30 in the direction in which the sun's line of incidence is narrow. Return the spacecraft to the zero position of sensor 30.

【0016】十分な時間が完全な1回転のために割当て
られた後の上記ステップ中のピッチにおいて太陽が検出
されない場合、これは太陽がプラスあるいはマイナスの
ピッチ軸のどちらかに最初に近付き、センサ30および40
が極端なプラスおよびマイナスのピッチ軸でこれらの極
地領域をカバーしないので検出されないことを示す。こ
れらの領域は、“鍵穴”領域と呼ばれる。プラスあるい
はマイナスのピッチ軸付近に最初に太陽が位置している
場合にそれを補正するために、ヨー角度の調整は数度の
マージンをプラスした鍵穴の角度の幅に振幅が等しくな
るように指令される。良好な設計の実行は過度のエネル
ギ消費を避けるために約±20°に鍵穴を維持するが、
±45°程度の大きさの鍵穴は容易に許容される。ヨー
調整は、処理ステップでの第2の試みがピッチ太陽捕捉
における成功を保証するように太陽から離れて鍵穴を移
動するのに十分である。
If the sun is not detected in the pitch during the above steps after sufficient time has been allotted for one complete revolution, this is because the sun first approaches either the positive or negative pitch axis and the sensor 30 and 40
Is not detected because it does not cover these polar regions with extreme plus and minus pitch axes. These areas are called "keyhole" areas. To compensate for the sun's initial position near the plus or minus pitch axis, the yaw angle adjustment is commanded to have an amplitude equal to the angular width of the keyhole plus a few degrees of margin. To be done. Good design practice keeps the keyhole at about ± 20 ° to avoid excessive energy consumption,
Keyholes of about ± 45 ° are easily tolerated. The yaw adjustment is sufficient to move the keyhole away from the sun so that the second attempt at the processing step ensures success in pitch sun capture.

【0017】ピッチ軸の極地領域の鍵穴は、捕捉方法を
簡単にするために必要である。センサ30および40の視野
がピッチ軸を含むか、ピッチ軸に近接する場合、および
太陽の方向がピッチ軸に対して最初に平行に近い場合、
宇宙船位置にかかわらず太陽はセンサによって検出でき
る。異なったさらに複雑な探索アルゴリズムは太陽捕捉
を達成するために必要とされる。
A keyhole in the polar region of the pitch axis is needed to simplify the acquisition method. If the field of view of the sensors 30 and 40 includes or is close to the pitch axis, and if the direction of the sun is initially parallel to the pitch axis,
The sun can be detected by the sensor regardless of the position of the spacecraft. Different and more complex search algorithms are needed to achieve sun acquisition.

【0018】太陽がピッチ軸を含むセンサ30あるいは40
の視野において得られた後、センサ30あるいは40からの
太陽センサ姿勢データを利用するピッチ制御法則によっ
てセンサ30あるいは40の視野内に保持される。一方、毎
秒0.25°乃至0.75°のヨー軸走査回転速度は、
太陽の方を向くセンサ20のゼロ位置検知面21をもたらす
ように指令される。太陽の入射線は、図3における位置
56から位置58への通路を移動する。ヨー軸走査に対する
適当な方向は、太陽が先行するステップ中にセンサ30あ
るいはセンサ40において得られるかどうかを観察するこ
とによって決定される。
The sensor 30 or 40 in which the sun includes the pitch axis
After being obtained in the field of view of the sensor 30, it is held in the field of view of the sensor 30 or 40 by the pitch control law using the sun sensor attitude data from the sensor 30 or 40. On the other hand, the yaw axis scanning rotation speed of 0.25 ° to 0.75 ° per second is
It is commanded to provide the zero position sensing surface 21 of the sensor 20 facing the sun. The incident line of the sun is the position in Figure 3.
Take the aisle from 56 to position 58. The proper direction for the yaw scan is determined by observing whether the sun is available at sensor 30 or sensor 40 during the preceding step.

【0019】太陽が両センサにおいて最初に検出された
場合には、不正確な選択が生じる可能性がある。これ
は、太陽がロール軸付近にあり、それらの視野の重複の
ために両センサ30および40によって検知される場合に生
ずる。この場合において、捕捉方法は単にヨー走査を選
択し開始させる。選択が正しい場合、あるいは選択が不
正確であることを示しているセンサ30あるいは40の一方
の端部を走査しない場合に、太陽はヨー軸において捕捉
される。不正確な選択が示されると、ヨー軸走査の方向
は逆になり、太陽に向けてセンサ20を走査させる。ヨー
軸太陽捕捉の最終的な捕獲は、重要性のないセンサ20の
視野22の一時的な行き過ぎを有し、ピッチ軸について説
明したのと同じ方法で実行される。
Inaccurate selections can occur if the sun is first detected by both sensors. This occurs when the sun is near the roll axis and is detected by both sensors 30 and 40 due to the overlap of their fields of view. In this case, the acquisition method simply selects and initiates a yaw scan. If the choice is correct, or if it does not scan one end of the sensor 30 or 40 indicating that the choice is incorrect, the sun will be captured in the yaw axis. If an incorrect selection is indicated, the yaw scan direction is reversed, causing the sensor 20 to scan towards the sun. The final capture of the yaw sun capture has a temporary overshoot of the field of view 22 of the sensor 20 and is performed in the same way as described for the pitch axis.

【0020】捕捉方法を実行するための論理は、宇宙船
に搭載される制御装置64あるいは地上から遠隔測定法に
基づいて指令が実時間の宇宙船へ伝送される。好ましい
実施例において、太陽捕捉が自主的な開始を完全にする
ように、全捕捉方法は宇宙船に搭載され実行される。
The logic for executing the acquisition method is that a command is transmitted to the spacecraft in real time from the controller 64 mounted on the spacecraft or from the ground based on telemetry. In the preferred embodiment, the full capture method is implemented onboard a spacecraft such that sun capture completes the voluntary initiation.

【0021】好ましい実施例において、ピッチ走査は停
止され、ヨー鍵穴調整が実行される。しかしながら、ヨ
ー調整の振幅が小さい場合には、ピッチ軸についての走
査中に実行されてもよい。全体の論理回路を簡単にする
1つの選択は、小さい部分、すなわちピッチ走査の1回
転の四分の一よりも小さい部分において完全にされ、視
線方向の太陽の入射線から鍵穴の領域の移動を保証する
ためにほぼ同じピッチ角度の各回転で実行されるヨー調
整の一部分を実行するという論理を実行することであ
る。
In the preferred embodiment, pitch scanning is stopped and yaw keyhole adjustment is performed. However, if the yaw adjustment amplitude is small, it may be performed during the scan about the pitch axis. One option, which simplifies the whole logic circuit, is to be perfected in a small part, i.e. less than a quarter of a revolution of the pitch scan, to move the area of the keyhole from the sun's line of sight in the direction of sight. The logic is to perform a portion of the yaw adjustment performed at each rotation of approximately the same pitch angle to ensure.

【0022】図示の実施例において、センサ20は軌道動
作の転送のために使用され、このような動作のために方
向が制御される。センサ20の広角視野は、軌道動作の転
送に必要である。センサ20が太陽捕捉専用に使用され、
あるいはその他の方法が軌道動作の転送のために開発さ
れる場合、ロール/ピッチ面の太陽捕捉が最初に達成さ
れるのでロール/ヨー面の広角視野を有することはセン
サ20に必要ではない。ロール軸における整列を保証する
ことに対してのみ十分に大きい両方向における小さい視
野が必要とされる。
In the illustrated embodiment, the sensor 20 is used for the transfer of orbital motion and the direction is controlled for such motion. The wide angle field of view of the sensor 20 is required for transfer of orbital motion. Sensor 20 is used exclusively for sun capture,
Alternatively, if other methods are developed for the transfer of orbital motion, it is not necessary for the sensor 20 to have a wide angle view of the roll / yaw surface as sun capture on the roll / pitch surface is first achieved. A small field of view in both directions is needed that is large enough only to ensure alignment in the roll axis.

【0023】本発明の方法の利点は、3軸安定宇宙船に
よる太陽捕捉が1方向において比較的狭い視野を有する
3つの太陽センサを使用して達成されることである。こ
れは、太陽センサに入る反射光の量を減少し、アンテナ
あるいは太陽電池アレイのような大きな反射付属器を有
する宇宙船のセンサの配置において宇宙船設計者に広い
許容範囲を与える。この方法は、狭い視野センサにより
太陽捕捉を達成する3スリット型の太陽センサと共に検
知する3軸ジャイロ速度および積分速度を利用する。
An advantage of the method of the present invention is that sun capture by a 3-axis stable spacecraft is accomplished using three sun sensors that have a relatively narrow field of view in one direction. This reduces the amount of reflected light entering the sun sensor and gives the spacecraft designer wide latitude in deploying spacecraft sensors with large reflective appendages such as antennas or solar cell arrays. This method utilizes a 3-axis gyro velocity and an integral velocity sensing with a 3-slit sun sensor that achieves sun capture with a narrow field of view sensor.

【0024】本発明が上記された実際の構成あるいは方
法には限定されず、様々な変化および変更が特許請求の
範囲に定められるような本発明の技術的範囲内から逸脱
することなしに行われることは理解される。このような
変更の1つは、1対の太陽電池の出力によって定められ
るゼロ位置に代って、検知面を定める単一の光感知素子
かのら測定された出力を使用する太陽センサの使用であ
る。別の可能な変更は、捕捉が最高点に達するように使
用されるヨー軸を中心とする任意の回転方向を有するロ
ール軸とピッチ軸で定められた平面の単一の太陽センサ
の使用である。これが可能である場合、付加的な燃料は
誤った方向のピッチ軸yを中心とする最初の回転を補正
するために使用される。
The invention is not limited to the actual arrangements or methods described above, but various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined in the claims. It is understood. One such modification is the use of a solar sensor that uses the measured output from a single photo-sensing element that defines the sensing surface instead of the zero position defined by the output of a pair of solar cells. Is. Another possible modification is the use of a single sun sensor in the plane defined by the roll and pitch axes with any direction of rotation about the yaw axis used to reach the highest point of capture. . If this is possible, additional fuel is used to correct the first rotation about the wrongly oriented pitch axis y.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法を実行するための宇宙船で使用さ
れる太陽センサの正面図、平面図および端面図。
1 is a front view, a plan view and an end view of a sun sensor used in a spacecraft for carrying out the method of the present invention.

【図2】宇宙船に取付けられている太陽センサの検知面
の方位を示している斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing the orientation of the detection surface of the sun sensor attached to the spacecraft.

【図3】本発明の方法を示すために使用される太陽セン
サの視野を含んでいる宇宙船単球体。
FIG. 3 is a spacecraft monosphere containing the field of view of the sun sensor used to demonstrate the method of the present invention.

【符号の説明】 10,20,30,40 …センサ,18…宇宙船。[Explanation of symbols] 10,20,30,40… Sensor, 18… Spacecraft.

フロントページの続き (72)発明者 マイク・ダブリュ・トルマソフ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90603、ホイティアー、ミキンダ・コート 15988 (72)発明者 トーマス・デー・フェーバー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91367、ウッドランド・ヒルズ、カルバー ト・ストリート 23346 (56)参考文献 特開 平1−182719(JP,A) 特開 平3−82912(JP,A) 特公 平1−33400(JP,B2)Front Page Continuation (72) Inventor Mike W. Trumasov, California 90603, USA 90603, Hoitier, Mikinda Court 15988 (72) Inventor Thomas Day Faber, USA 91367, Woodland Hills, Calvert Street 23346 (56) Reference JP-A-1-182719 (JP, A) JP-A-3-82912 (JP, A) JP-B 1-333400 (JP, B2)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれ異なった視野を有する第1のセ
ンサおよび第2のセンサを有する3軸安定宇宙船用の天
体探索および捕捉方法において、前記第1のセンサおよび第2のセンサは天体を検出する
ためにそれぞれ前記3軸の中の互いに垂直な第1および
第2の軸によって定められた平面および第1および第3
の軸によって定められた平面の所定の角度範囲内に指向
方向が制限された幅の狭い視野を有し、 天体が第1の軸と第2の軸とにより定められた平面の前
記所定の角度範囲内の前記第1のセンサの視野内に位置
するまで第1および第3の軸に垂直な第2の軸を中心と
して第1のセンサの視野を回転させ、天体が第1のセンサの視野内に位置したときの第2の軸
の角度位置を最初の設定角度位置として宇宙船の第2の
軸の角度位置を初期化し、 その後この初期化された第2の軸の角度位置を第2の軸
の回転速度測定からの計算によって時間経過にしたがっ
て修正し、 天体が第1の軸と第2の軸とにより定められた平面の前
記所定の角度部分内の第1のセンサの視野内にあるとき
センサ位置検出器に関する第1のセンサの位置を検知
し、 天体が第3の軸と第1の軸とによって定められた平面
前記所定の角度範囲内の前記第2のセンサの視野内に位
するまで第1の軸に垂直な第3の軸を中心として第2
のセンサの視野を回転させ、天体が第2のセンサの視野内に位置したときの第3の軸
の角度位置を最初の設定角度位置として宇宙船の第3の
軸の角度位置を初期化し、 その後この初期化された第3の軸の角度位置を第3の軸
の回転速度測定からの計算によって時間経過にしたがっ
て修正し、 天体が第1の軸と第3の軸とにより定められた平面の
記所定の角度部分内である第2のセンサの視野内にある
ときのセンサ位置検出器に関する第2のセンサの位置を
検知することを特徴とする3軸安定宇宙船の天体探索お
よび捕捉方法。
1. A celestial body search and acquisition method for a three-axis stable spacecraft having a first sensor and a second sensor having different fields of view , wherein the first sensor and the second sensor detect the celestial body.
For each of the first and second perpendicular to each other in said three axes
The plane defined by the second axis and the first and third
Pointing within a certain angular range of the plane defined by the axis of
Has a narrow field of view with limited direction, and the celestial body is in front of a plane defined by a first axis and a second axis.
Rotating the field of view of the first sensor about a second axis perpendicular to the first and third axes until it is within the field of view of the first sensor within a predetermined angular range; Second axis when the celestial body is in the field of view of the first sensor
With the angular position of as the first set angular position of the second spacecraft
The angular position of the axis is initialized, and then the initialized angular position of the second axis is set to the second axis.
According to the calculation from the rotation speed measurement of
Corrected, and the celestial body is in front of the plane defined by the first axis and the second axis.
When within the field of view of the first sensor within the given angle
Of the position of the first sensor detects a sensor position detector, heavenly bodies of the third axis and the plane defined by the first axis
A position within the field of view of the second sensor within the predetermined angular range.
Second axis centered on a third axis perpendicular to the first axis until placed
The third axis when the celestial body is positioned within the field of view of the second sensor by rotating the field of view of the second sensor
With the angular position of as the first set angular position
The angular position of the axis is initialized, and then the initialized angular position of the third axis is set to the third axis.
According to the calculation from the rotation speed measurement of
Corrected in front of the plane defined by the first and third axes
Within the field of view of the second sensor , which is within the predetermined angle
A method for searching and capturing an celestial body of a three-axis stable spacecraft, characterized by detecting the position of a second sensor related to the sensor position detector at the time .
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